高中化学一轮复习精品学案第6章 第1节 化学能与热能.docx

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高中化学一轮复习精品学案第6章第1节化学能与热能

第六章　化学反应与能量

第一节　化学能与热能

考纲定位

考情播报

1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。

2.了解化学能与热能的相互转化。

了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。

4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

5.了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

6.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

2016·全国甲卷T26（3）、T27

（1）/全国丙卷T27（4）

2015·全国卷ⅠT28（3）/全国卷ⅡT27

（1）

2014·全国卷ⅠT9（C）、T28

（2）/全国卷ⅡT13、T26

（1）

2013·全国卷ⅠT28（3）/全国卷ⅡT12

2012·全国卷T27

（2）

考点1|焓变　热化学方程式　

[基础知识自查]

1．化学反应的实质与特征

（1）实质：

反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。

（2）特征：

既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化。

（3）两守恒：

化学反应遵循质量守恒定律，同时也遵循能量守恒定律。

2．反应热、焓变

（1）反应热：

化学反应过程中放出或吸收的能量。

（2）焓变：

在恒压条件下进行的反应的热效应，符号为ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

（3）焓变定义式ΔH＝H生成物－H反应物。

3．吸热反应与放热反应

（1）从能量高低角度理解

（2）从化学键角度理解

（3）常见的放热反应和吸热反应

放热反应：

①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化；⑥铝热反应。

吸热反应：

①大多数分解反应；②盐类的水解反应；③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应。

4．热化学方程式

（1）定义：

表示参加反应物质的物质的量和能量的关系的化学方程式。

（2）意义：

不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。

如2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol表示在25℃、101kPa条件下，2_mol_H2和1_mol__O2反应生成2_mol液态水时放出571.6_kJ的热量。

[应用体验]

1．

（1）对于吸热反应和放热反应，有的需加热，应如何理解？

（2）释放能量的过程反应属于放热反应吗？

为什么？

（3）已知：

C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH>0，石墨与金刚石谁稳定？

为什么？

（4）任何化学反应都有能量变化吗？

[提示]　

（1）对吸热反应，加热的目的是为了提供热能，实现热能转化为化学能；对于放热反应，加热的目的是克服反应活化能或破坏反应物的化学键，使反应发生。

（2）不一定，释放的能量过程反应不一定是化学反应。

（3）石墨较稳定，石墨的能量比金刚石低，能量越低越稳定。

（4）是，化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都具有热效应。

2．

（1）H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（l）①

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）②

反应①放出的热量为Q1，反应②放出的热量为Q2，则Q1________Q2（填“>”“＝”或“<”），原因是______________________________。

（2）用EC—C、EC===C、EH—H、EC—H表示出反应C2H4（g）＋H2（g）===C2H6（g）所放出的能量为________。

（3）SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。

已知室温下2gSiH4自燃放出热量89.2kJ。

SiH4自燃的热化学方程式为

_________________________________________________。

[提示]　

（1）>　HCl（g）形成HCl（l）时，要放出热量

（2）2EC—H＋EC—C－EC===C－EH—H

（3）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

[考点多维探究]

角度1　化学反应的能量变化及图像分析

1.（2017·济南模拟）下列说法中正确的是（　　）

A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

B．破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，该反应为吸热反应

C．生成物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH>0

D．ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关

C　[A项，物质变化与能量变化是化学反应的两大特征；B项，反应为放热反应；D项，ΔH与化学计量数成正比。

]

2．在25℃、101kPa下，1mol白磷（化学式为P4）完全燃烧放出的热量和4mol红磷（化学式为P）完全燃烧放出的热量关系如图所示：

由此判断，下列说法正确的是（　　）

A．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定

B．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定

C．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定

D．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定

D　[由图像知：

白磷比红磷能量高，能量越高越不稳定，故红磷比白磷稳定，红磷转化为白磷时需要吸收能量，属于吸热反应。

]

3．（2016·河北五校联考）如图所示是298K、101kPa时，N2与H2反应过程中能量变化的曲线图，下列叙述错误的是（　　）

A．加入催化剂，不能改变该化学反应的反应热

B．b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线

C．该反应的热化学方程式为：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92kJ/mol

D．在常温、体积一定的条件下，通入1molN2和3molH2，反应后放出的热量为92kJ

D　[催化剂能改变反应的路径，降低反应的活化能，但不能改变化学反应的反应热，A项正确，B项正确；根据图像可知，1molN2和3molH2完全反应生成2molNH3时放出的热量为92kJ，C项正确；因为该反应为可逆反应，反应不能进行到底，所以通入1molN2和3molH2，反应后放出的热量小于92kJ，D项错误。

]

活化能与焓变的关系

（1）E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，ΔH＝E1－E2；

（2）催化剂能降低正、逆反应所需活化能，能提高反应物活化分子百分含量，但不影响焓变的大小。

角度2　由键能计算ΔH

4．化学反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的能量变化如图所示，则下列说法中正确的是（　　）

A．该反应是吸热反应

B．断裂1molH—H键和1molCl—Cl键时能放出xkJ的能量

C．断裂2molH—Cl键时需要吸收ykJ的能量

D．2molHCl（g）的总能量高于1molH2（g）和1molCl2（g）的总能量

C　[由图示可知：

1molH2（g）和1molCl2（g）的总能量高于2molHCl（g）的总能量，故该反应为放热反应，A项、D项错误；断裂化学键时需要吸收能量，B项错误、C项正确。

]

5．有关化学键的键能数据如表所示：

化学键

C===O

O===O

C—C

键能/（kJ·mol－1）

x

498.8

345.6

碳的燃烧热为395kJ·mol－1，假设单质碳中只存在C—C键且基本结构单元为正四面体，则x的值为（　　）

A．619.7B．1239.4

C．792.5D．1138.1

C　[在碳的正四面体结构中，每个碳原子形成4个C—C键，每个C—C键由2个碳原子共有，故每个碳原子拥有的C—C键数目为2。

结合反应热与键能关系：

ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和，可得2×345.6＋498.8－2x＝－395，计算得x＝792.5。

]

6．（2015·全国卷Ⅰ节选）已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）的ΔH＝＋11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

[解析]　设1molHI（g）分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436kJ－151kJ＝＋11kJ，x＝299kJ。

[答案]　299

ΔH的三种计算式

（1）ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和

（2）ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H（生成物）－H（反应物）

（3）ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能

注意：

常见物质（1mol）中化学键数目

角度3　热化学方程式的书写与判断

7．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）适量的N2和O2完全反应，每生成23gNO2吸收16.95kJ热量。

N2与O2反应的热化学方程式为____________________________。

（2）已知拆开1molH—H、1molN—H、1molN≡N分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为______________。

（3）在25℃、101kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________。

（4）在一定条件下，将1molN2和3molH2充入一密闭容器中发生反应生成氨气，达到平衡时N2的转化率为25%，放出QkJ的热量，写出N2与H2反应的热化学方程式为______________________________________。

[解析]　

（1）23gNO2的物质的量为0.5mol，则生成2molNO2吸收的热量为67.8kJ。

吸热反应ΔH为正值，故反应的热化学方程式为N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）　ΔH＝＋67.8kJ·mol－1。

（2）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝（946＋436×3－391×6）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1。

（3）根据碳原子守恒有：

C2H5OH～2CO2～2CaCO3。

生成100gCaCO3沉淀，则乙醇为0.5mol，据此可写出反应的热化学方程式。

（4）1molN2完全反应的热量为

kJ＝4QkJ，故N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝－4QkJ/mol。

[答案]　

（1）N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）

ΔH＝＋67.8kJ·mol－1

（2）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1

（3）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－2QkJ·mol－1

（4）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝－4QkJ/mol

1．书写热化学方程式“六注意”

2．“五审”突破热化学方程式的正误判断

考点2|燃烧热　中和热　能源　

[基础知识自查]

1．燃烧热和中和热

2.中和反应热的测定

（1）实验装置

（2）中和热的测定

①测定原理

ΔH＝－

c＝4.18J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。

（3）注意事项

①泡沫塑料板和碎泡沫塑料（或纸条）的作用是保温、隔热，减少实验过程中的热量损失。

②为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍微过量。

3．能源

[应用体验]

1．

（1）已知甲烷、硫的燃烧热分别为akJ/mol和bkJ/mol，则表示甲烷、硫燃烧热的热化学方程式分别为__________________________________。

（2）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol，则CH3COOH（aq）＋NaOH（aq）===H2O（l）＋CH3COONa（aq）　ΔH<－57.3kJ/mol，对吗？

为什么？

[提示]　

（1）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－akJ/mol

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－bkJ/mol

（2）不对，CH3COOH为弱酸，反应过程中电离需要吸热，放出热量少，故ΔH>－57.3kJ/mol。

2．氢能作为新型能源的优缺点是什么？

[提示]　优点：

原料来源丰富，易燃烧且产物无污染、热值高。

缺点：

储存不方便，制备较难，成本较高。

[考点多维探究]

角度1　燃烧热、中和热的含义

1．下列说法正确的是________（填序号）。

（1）S（s）＋

O2（g）===SO3（g）　ΔH＝－315kJ·mol－1（燃烧热）　（ΔH的数值正确）

（2）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和热）　（ΔH的数值正确）

（3）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4溶液和Ba（OH）2溶液反应的热化学方程式为H2SO4（aq）＋Ba（OH）2（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－2×57.3kJ/mol

（4）燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH（g）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）

ΔH＝－192.9kJ·mol－1，则CH3OH（g）的燃烧热为192.9kJ·mol－1

（5）H2（g）的燃烧热是285.8kJ·mol－1，则2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋571.6kJ·mol－1

（6）葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol－1，则

C6H12O6（s）＋3O2（g）===3CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1400kJ·mol－1

（7）已知101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ·mol－1，则该反应的反应热为221kJ·mol－1

（8）已知稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量

（9）CO（g）的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋2×283.0kJ·mol－1

（10）已知HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水的中和热为－57.3kJ·mol－1

[答案]　

（2）（6）（9）

2．根据表中的信息判断下列说法正确的是（　　）

物质

金刚石

石墨

外观

无色，透明固体

灰黑，不透明固体

熔点

？

？

燃烧热/kJ·mol－1

395.4

393.5

A.表示石墨燃烧热的热化学方程式为C（石墨，s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

B．由表中信息知C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH＝＋1.9kJ·mol－1

C．由表中信息可得如图所示的图像

D．由表中信息可推知相同条件下金刚石的熔点高于石墨的熔点

B　[A项，石墨完全燃烧的产物为CO2（g），不是CO（g）；C项，ΔH是金刚石和石墨的能量差；D项，石墨稳定，熔点高。

]

（1）燃烧热定义中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的稳定氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

（2）燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

（3）中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1molH2O放出的热量，ΔH＝－57.3kJ/mol，弱酸、弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3kJ，NaOH固体溶解或浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3kJ，若反应过程中还有其他物质生成（如生成不溶性物质或难电离的其他物质等），则此反应的反应热就不是中和热。

（4）对于中和热、燃烧热，用文字描述时不带负号，但其焓变（ΔH）还是为负值；另外，在关于反应热的文字描述中必须带上“＋”或“－”。

角度2　中和热的实验测定

3．某实验小组用0.50mol·L－1NaOH溶液和0.50mol·L－1硫酸溶液进行反应热的测定，实验装置如图所示。

（1）装置中碎泡沫塑料的作用是__________________________。

（2）写出该反应的热化学方程式[生成1molH2O（l）时的反应热为－57.3kJ·mol－1]：

_________________________________________________________________。

（3）取50mLNaOH溶液和30mL硫酸溶液进行实验，实验数据如表所示。

①请填写表格中的空白：

②近似认为0.50mol·L－1NaOH溶液和0.50mol·L－1硫酸溶液的密度都是1.0g·mL－1，中和后生成溶液的比热容c＝4.18J·（g·℃）－1。

则生成1molH2O（l）时的反应热ΔH＝________（取小数点后一位）。

③上述实验数值结果与－57.3kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因不可能是________（填字母）。

a．实验装置保温、隔热效果差

b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数

c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中

d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度

（4）若将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液和稀氨水分别和1L1mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为______________________________。

[解析]　（3）①第2组数据偏差较大，应舍去，其他三组的温度差平均值约为4.0℃。

②ΔH＝－[（50＋30）mL×1.0g·mL－1×4.0℃×4.18×10－3kJ·g－1·℃－1÷0.025mol]≈－53.5kJ·mol－1。

③放出的热量少可能是散热、多次加入碱或起始温度读得较高等原因。

（4）稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中NH3·H2O的电离要吸收热量，故中和热要小一些（注意中和热与ΔH的关系）。

[答案]　

（1）隔热保温，防止热量的损失

（2）H2SO4（aq）＋2NaOH（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）

ΔH＝－114.6kJ·mol－1

（3）①4.0　②－53.5kJ·mol－1　③b

（4）ΔH1＝ΔH2<ΔH3

角度3　能源的开发与利用

4.（2017·盘锦模拟）能源在各个方面都有重要作用，科学家预测“氢能”将是人类社会最理想的新能源，目前，有人提出一种最经济最理想的获得氢能源的循环体系（如图所示）。

下列说法错误的是（　　）

A．在氢能的利用过程中，H2O可循环使用

B．开发和利用“氢能”，减少煤炭等化石能源的使用有助于控制臭氧空洞的形成

C．该法制氢的关键是寻找光分解催化剂

D．利用光电转化可将太阳能转化为电能，用于电解水而获得氢气

B　[由图示可知，水分解生成氢气和氧气，氢气和氧气形成燃料电池产生电能，同时生成水，所以水可以循环利用，故A正确；开发和利用“氢能”，减少煤炭等化石能源的使用，大大减少了二氧化硫、二氧化碳的产生，有利于控制酸雨和温室效应，而臭氧空洞与氟利昂有关，与化石燃料无关，故B错误；根据图示可知，水在太阳能、光分解催化剂作用下分解生成氢气和氧气，关键是寻找合适的催化剂，故C正确；实现了图示转化后，将太阳能转化成了廉价的电能，然后可利用电解水获得大量的氢气，故D正确。

]

5.能源分类相关图如图所示，下列四个选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气

B．水能、生物质能、天然气

C．太阳能、风能、潮汐能

D．地热能、海洋能、核能

C　[A项，煤炭、石油、沼气都是不可再生能源，故错误；B项，天然气是一种化石燃料是不可再生能源，故错误；C项，太阳能、风能、潮汐能都是可再生的新能源，都来自于太阳能，故正确；D项，地热能来源于地球内部的热量，核能是指核在聚变的时候产生光能和热能，不是源于太阳能的辐射，故错误。

]

（1）科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧

一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。

二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。

（2）开发新的能源

开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

专项突破7　盖斯定律及其有关计算

1．盖斯定律及应用

（1）内容：

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。

即：

化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

（2）意义：

间接计算某些反应的反应热。

（3）应用。

方程式

反应热间的关系

aA

B、A

B

ΔH1＝aΔH2

A

B

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5

2.“五步”解决有关盖斯定律的计算问题

命题点1　利用盖斯定律书写热化学方程式

[对点训练1]　

（1）（2016·四川高考节选）工业上常用磷精矿[Ca5（PO4）3F]和硫酸反应制备磷酸。

已知25℃，101kPa时：

CaO（s）＋H2SO4（l）===CaSO4（s）＋H2O（l）　ΔH＝－271kJ·mol－1

5CaO（s）＋3H3PO4（l）＋HF（g）===Ca5（PO4）3F（s）＋5H2O（l）　ΔH＝－937kJ·mol－1

则Ca5（PO4）3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是______________。

（2）（2015·四川高考节选）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃，101kPa时：

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）

ΔH＝－1648kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393kJ·mol－1

2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）

ΔH＝－1480kJ·mol－1

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是________。

[解析]　

（1）已知热化学方程式：

CaO（s）＋H2SO4（l）===CaSO4（s）＋H2O（l）

ΔH＝－271kJ/mol　①

5CaO（s）＋3H3PO4（l）＋HF（g）===Ca5（PO4）3F（s）＋5H2O（l）　ΔH＝－937kJ/mol　②

①×5－②得：

Ca5（PO4）3F（s）＋5H2SO4（l）===5CaSO4（s）＋3H3PO4（l）＋HF（g）　ΔH＝－418k